(57)【要約】【課題】電子部品の追加や、既存の配置空間の変更などを要することなく、振動の発生を抑圧する。【解決手段】ヨーク４１ａ〜４１ｄの磁極歯４２は、その先端部の辺４４ｃの長さの根元部分の幅ｂに対する割合が６５％以上で、かつ、その高ｈさの根元部分の幅ｂに対する割合が９０％以上１１０％以下となるよう形成され、しかも、その周方向での最大幅が機械角で３０度以内に設定されており、それによって、ステータコイルに鎖交する磁束量を変えて、ステータコイル３１ａ，３１ｂの誘起電圧波形を振動発生の要因となるようなトルクの発生が抑圧されるような形状とすることができ、従来に比して格段の振動レベルの抑圧がなされたものとなっている。【選択図】図２
2006311708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状に形成された永久磁石を用いてなるロータと、前記ロータの外周面に対向し、周方向に複数形成された磁極歯を有するヨークと、かつ、中心軸が前記ロータの回転軸と同軸となるように、前記複数の磁極歯の外周近傍に配設されたステータコイルとを具備してなるステッピングモータであって、
前記ヨークの磁極歯は、その先端部の幅の根元部分の幅に対する割合が６５％以上で、かつ、当該磁極歯の高さの根元部分の幅に対する割合が９０％以上１１０％以下に形成されてなることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
ステッピングモータの磁極数は２４であって、磁極歯の周方向における幅は、機械角で３０度以内であることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータに係り、特に、振動の抑圧、静粛性の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、位置制御が必要とされる装置など様々な装置において用いられている。例えば、自動車用空気調和装置においては、各種の空調ドアのドア開度を制御する駆動モータとして用いられており、クローポール（磁極歯）型の永久磁石式ステッピングモータなどが多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
このようなステッピングモータにあっては、その構造上、回転始動時や停止時の回転トルクの変化に起因する振動の発生が避け難い。特に、自動車用空調装置などの静粛性の要求の大きなものにあっては、振動を如何に低減するか重要な問題である。
【０００３】
このような振動を低減する方策として比較的簡易なものとしては、例えば、ステッピングモータの駆動信号は、上述のような振動の低減を考慮する必要がなければ、通常、矩形波のパルス信号が用いられるが、この駆動信号の立ち上がり、立ち下がりを緩慢なもの、すなわち、正弦波のような信号とする方法がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３０８７６７号公報（第２−３頁、図１−図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような所望の波形を有する駆動信号を得るには、ステッピングモータ内部、又は、その外部に設けられる駆動信号発生回路において、駆動信号の波形を所望する信号波形に整形等するための回路の付加が必要となるため、部品点数が増えて装置の高価格化を招くばかりか、自動車用空調装置のように個々の構成部品の小型化が強く求められるものにあっては、内部スペースに余裕のないステッピングモータに電子部品を追加する方法は、現実的には実現困難である。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、電子部品の追加や、既存の配置空間の変更などを要することなく、振動を抑圧することができるステッピングモータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るステッピングモータは、
円柱状に形成された永久磁石を用いてなるロータと、前記ロータの外周面に対向し、周方向に複数形成された磁極歯を有するヨークと、かつ、中心軸が前記ロータの回転軸と同軸となるように、前記複数の磁極歯の外周近傍に配設されたステータコイルとを具備してなるステッピングモータであって、
前記ヨークの磁極歯は、その先端部の幅の根元部分の幅に対する割合が６５％以上で、かつ、当該磁極歯の高さの根元部分の幅に対する割合が９０％以上１１０％以下に形成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁極歯の形状を所定の寸法とすることで、ステータコイルに鎖交する磁束量を変えて、ステータコイルの誘起電圧波形を振動発生の要因となるようなトルクの発生が抑圧されるような形状とすることができ、そのため、従来と異なり、電子回路に何ら新たな電子部品を付加したり、新たな部品配置のための空間を確保することなく、回転の際の振動を確実に抑圧し、静粛性が極めて高いステッピングモータを提供することができる。
また、既存のステッピングモータに対しては、そのヨークの磁極歯の形状を本発明に係る磁極歯の形状に変えたものとすることで本発明同様の作用、効果を奏することができるので、安価に高い静粛性を実現することができる。
また、従来の構成に新たな部品を付加することがないので、ステッピングモータの小型化の要請に反することがなく、より一層の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるステッピングモータの全体的な構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるステッピングモータは、クローポール型永久磁石式のステッピングモータであり、詳細は後述するクローポール（磁極歯）の形状を除けば、その基本的な構成は、従来から良く知られているこの種のステッピングモータと同様のものである。
すなわち、本発明の実施の形態におけるステッピングモータは、ハウジング３に回転自在に収納されるロータ１と、このロータ１を取り囲むようにハウジング３内に組み込まれるステータ２とに大別されてなるものである。
【０００９】
ハウジング３は、有底中空円筒状に形成されてなる本体部１１と、蓋体部１２とからなり、本体部１１の開口部分を垂直方向下側（図１において紙面下側）に位置させた状態で、その開口部分に蓋体部１２が取着されて開口部分が覆われるようになっている。
本体部１１の頂部側、すなわち、開口部分と反対側の中央には、軸受け１３ａが設けられると共に、蓋体部１２の中央部分にも同様に軸受け１３ｂが設けられており、次述するロータ１の回転軸２１の両端部がそれぞれ支承されるようになっている。
なお、本体部１１には、後述するステータコイル３１ａ，３１ｂの外部接続端子３５ａ〜３５ｃの部分を外部に突出せしめるための接続部用切欠３ａが形成されている。
【００１０】
ロータ１は、ステータ２の磁極数に応じて周方向にＮ、Ｓ交互に着磁された永久磁石を用いてなるもので、全体がほぼ円柱上に形成されて、その中心軸に一致するように回転軸２１が取着されたものとなっている。なお、この実施例においては、永久磁石の磁極面の保護等のため外周面は樹脂部材で覆われた構造となっている。
【００１１】
ステータ２は、円環状に形成されてなる一対のステータコイル３１ａ，３１ｂと、それぞれのステータコイル３１ａ，３１ｂに上下方向から取り付けられるヨーク４１ａ，４１ｂ、４１ｃ，４１ｄとを有してなるものである。
ステータコイル３１ａ，３１ｂは、非磁性材を用いて円環状に形成されたボビン３３に線材が巻回されてなるものである。本実施例におけるステータコイル３１ａ，３１ｂにおいては、ボビン３３の一方の端部の周縁部分に導電性部材からなる外部接続端子３５ａ〜３５ｃが外側へ突出するように設けられ、コイル巻線の端部が接続されており、この外部接続端子３５ａ〜３５ｃを介して外部から駆動信号が印加できるようになっている。
【００１２】
ヨーク４１ａ〜４１ｄは、その詳細な寸法、形状については後述するが、いずれも基本的に同一の形状、構造を有してなるもので、ヨーク４１ａ，４１ｂは、一方のステータコイル３１ａをその上下から挟み込むようにして、かつ、磁極歯４２がステータコイル３１ａの中空に形成された部分の内周面に沿うようにしてステータコイル３１ａに取着される。また、ヨーク４１ｃ，４１ｄは、同様に他方のステータコイル３１ｂに取着されるものとなっている。
【００１３】
本発明の実施の形態におけるヨーク４１ａ〜４１ｄは、６個の磁極歯４２が形成されたものとなっている。そして、上下の組となるヨーク４１ａ，４１ｂは、ステータコイル３１ａに取着された際に、一方のヨーク４１ａの磁極歯４２の間に他方のヨーク４１ｂの磁極歯４２が位置するような位置関係に設定されている。これは、ヨーク４１ｃ，４１ｄについても同様である。
【００１４】
そして、上述のようにヨーク４１ａ，４１ｂ、４１ｃ，４１ｄが取着されたステータコイル３１ａ，３１ｂは、上下に積層された状態とされて、その中空部分にロータ１が位置するようにし、かつ、ロータ１の回転軸２１とステータコイル３１ａ，３１ｂの中心軸とが同軸の位置関係となるようにハウジング３内に収納されるものとなっている。
なお、ロータ１及びステータコイル３１ａ，３１ｂがハウジング３へ収納される際、ステータコイル３１ａ，３１ｂの外部接続端子３５ａ〜３５ｃが接続部用切欠３ａから外部へ突出するように位置決めされるようになっており、この接続部用切欠３ａの部分には、図示されない接続用コネクタが取り付けられて外部接続端子３５ａ〜３５ｃと外部回路（図示せず）との電気的接続が可能となっている。
【００１５】
次に、図２を参照しつつ本発明の実施の形態におけるヨーク４１ａ〜４１ｄについて詳述する。
本発明の実施の形態におけるヨーク４１ａ〜４１ｄは、平板状の磁性部材を用いて、全体形状がほぼ円環状に形成され、その内周円の周縁に複数の磁極歯４２、例えば、本発明の実施例においては、６個の磁極歯４２が周方向で等間隔を隔てて設けられた構成を有してなるもので、その基本的な構成は次述する磁極歯４２の寸法、形状を除き従来のこの種のものと同様である。
【００１６】
すなわち、本発明の実施の形態におけるヨーク４１ａ〜４１ｄは、円環状に形成された基部４３を有し、その中央に形成された貫通孔４３ａの周縁部分において、周方向に等間隔を隔てて６個の磁極歯４１が貫通孔４３ａの中心方向へ向かうように延設されて、さらに、基部４３に対してほぼ直角に切り起こされたものとなっている。かかるヨーク４１ａ〜４１ｄは、例えば、プレス打ち抜き加工によって製造されるのが好適である。
【００１７】
そして、磁極歯４２は、その先端部の幅である先端幅ａと根元部分の幅である根元幅ｂと基部４３からの高さｈとで次のように特定される寸法、形状を有するものである。
まず、先端幅ａの根元幅ｂに対する割合ｒ１は、百分率でｒ１＝（ａ／ｂ）×１００＝６５％以上であって、しかも、組み立てた際に、隣接する磁極歯４２の間に、先に述べたように他方のヨークの磁極歯４２が位置できることが必要である。本発明の実施の形態のステッピングモータは磁極数２４極のものを前提としており、ヨーク４１ａ〜４１ｄの磁極歯数は６であるので、貫通孔４３ａの周方向における１つの磁極歯４２の最大幅は、機械角で３０度以内であることが必要である。
【００１８】
また、高さｈの根元幅ｂに対する割合ｒ２は、百分率でｒ２＝（ｈ／ｂ）×１００＝９０％以上、かつ、１１０％以下の間となるように設定されたものとなっている。
図２は磁極歯４２の正面図であるが、この正面図に現れる磁極歯４２の形状は、基部４３に対して直角をなして磁極歯４２の根元から延びる辺４４ａ，４４ｂと、磁極歯４２の根元に対して平行する先端部の辺４４ｃと、この辺４４ｃの両端部と先の辺４４ａ，４４ｂの端部とをつなぐ直線の辺４４ｄ，４４ｅとから形成されたものとなっている。
【００１９】
磁極歯４２は、図２に示された形状に限定されるものではなく、上述した先端幅ａの根元幅ｂに対する割合ｒ１と貫通孔４３ａの円周方向における機械角幅、並びに高さｈの根元幅ｂに対する割合ｒ２を満たすものであれば、他の形状のものであっても勿論よいものである。
【００２０】
このような本発明の実施の形態における磁極歯４２の形状は、本願出願人が、ステッピングモータの動作時に発生する振動は、回転初期における回転トルクの正及び回転停止時における回転トルクの負のピーク付近で顕著であり、そのピークの発生は、ステータコイル４１ａ〜４１ｄの誘起電圧とコイル電流の大きさに依存するものであるという点に着目し、鋭意研究した結果得られたものである。すなわち、本願出願人は、上述した観点からトルクのピークに起因して生ずる振動を低減するためには、ステータコイル４１ａ〜４１ｄの誘起電圧のピークが大きく、そのゼロクロス付近の変化を小さくするような磁界とすることが有効であるとの結論を得、種々試験を繰り返した結果、上述しような磁極歯の形状を導き出すことができたものである。
【００２１】
図３乃至図６には、磁極歯の他の実施の形態が示されており、以下、これらの図に示された実施例について説明する。なお、以下に説明するいずれの例も、上述した先端幅ａの根元幅ｂに対する割合ｒ１と貫通孔４３ａの円周方向における機械角幅、並びに高さｈの根元幅ｂに対する割合ｒ２を満たすものであることは勿論であり、それについての再度の詳細な説明は省略することとする。また、図１及び図２に示された構成例における構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
【００２２】
最初に、図３に示された第２の実施の形態における磁極歯４２Ｂについて説明する。
この例における磁極歯４２Ｂの先端部は、先に図２に示された磁極歯４２同様、直線の辺となっているが、この辺４４ｃの両端部と根元との間が曲線（例えば、円弧等）に形成されたものとなっている点が先の図２の磁極歯４２と異なるものである。
【００２３】
次に、図４に示された第３の実施の形態における磁極歯４２Ｃについて説明する。
この例における磁極歯４２Ｃの先端部は、先に図２に示された磁極歯４２同様、直線の辺となっているが、この先端部の辺４４ｃの両端部と根元との間は直線の辺４６ａ，４６ｂにより形成されたものとなっているものである。
【００２４】
次に、図５に示された第４の実施の形態における磁極歯４２Ｄについて説明する。
この例における磁極歯４２Ｄの先端部は、先に図２に示された磁極歯４２と異なり、曲線（例えば、円弧等）の辺４７ａとなっており、この辺４７ａの両端部と根元との間が直線の辺４７ｂ，４７ｃにより形成されたものとなっているものである。
【００２５】
次に、図６に示された第５の実施の形態における磁極歯４２Ｅについて説明する。
この例における磁極歯４２Ｅの先端部は、先に図４に示された磁極歯４２Ｃと同様、直線の辺４４ｃとなっており、また、その両端部と根元との間も直線の辺４６ａ，４６ｂにより形成されたものとなっているものであるが、根元幅ｂが先端幅ａより小さく設定されたものとなっている点が磁極歯４２Ｃの場合と異なるものである。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態におけるステッピングモータが発生する振動レベルについての試験例について、図７を参照しつつ説明する。
まず、図７は、ステッピングモータのハウジング３の外周面の適宜な箇所に取着された振動検出センサ（図示せず）によって検出された振動レベルを示すもので、同図において横軸は時間（秒）であり、縦軸は振動レベル（Ｖ）である。また、同図において、実線は、本発明の実施の形態におけるステッピングモータの振動レベルの変化特性を表す特性線であり、点線は、従来のステッピングモータの振動レベルの変化特性を表す特性線である。
【００２７】
従来のステッピングモータにおいて周期的に現れている振動レベルがピークとなる箇所で、本発明の実施の形態におけるステッピングモータの振動レベルを比較して見ると、最低でも大凡０.１Ｖ強の改善がなされており、また、最大で大凡０.３Ｖ弱の改善がなされていることが確認できる。すなわち、本発明の実施の形態におけるステッピングモータは、上述したような形状のヨーク４１ａ〜４１ｄを採用することにより、従来に比して振動レベルが確実に抑圧されたものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態におけるステッピングモータの構成例を示す全体分解斜視図である。
【図２】図１に示されたステッピングモータのヨークの磁極歯の拡大正面図である。
【図３】第２の実施の形態におけるヨークの磁極歯の拡大正面図である。
【図４】第３の実施の形態におけるヨークの磁極歯の拡大正面図である。
【図５】第４の実施の形態におけるヨークの磁極歯の拡大正面図である。
【図６】第５の実施の形態におけるヨークの磁極歯の拡大正面図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるステッピングモータの振動試験の例を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…ロータ
２…ステータ
３…ハウジング
３１ａ，３１ｂ…ステータコイル
４１ａ〜４１ｄ…ヨーク
４２…磁極歯
【図１】
2006311708.tif 000003
【図２】
2006311708.tif 000004
【図３】
2006311708.tif 000005
【図４】
2006311708.tif 000006
【図５】
2006311708.tif 000007
【図６】
2006311708.tif 000008
【図７】
2006311708.tif 000009